防止非同期合闸的电源快速切换方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及防止非同期合闸的电源快速切换方法和系统，首先，检测不同时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应时刻的备用电源的频率和相角信息；然后，预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差；最后，如果预测的断路器合闸时刻的频率差小于设定频率差阈值，且断路器合闸时刻的相角差小于设定相角差阈值，那么，控制断路器闭合，进行电源快速切换。该方法能够避免出现在备用电源断路器合闸瞬间造成非同期合闸的情况，防止厂用电母线上的异步电动机与备用电源的非同期合闸，也就不会产生因非同期合闸造成的较大冲击电流和电磁转矩，不会对电动机产生强大的应力以及形成的疲劳损耗，延长了有效使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
防止非同期合闸的电源快速切换方法和系统
本专利技术涉及防止非同期合闸的电源快速切换方法和系统。
技术介绍
电源快速切换是现有电力系统中为可靠供电所必不可少的方法，但是在电源快速切换过程中，异步电动机失电后，异步电动机由电动状态变为发电状态，母线电压由于异步电动机产生的反馈电势的存在，频率由同步转速频率瞬变为异步转速频率，随后母线电压频率与幅值根据异步电动机固有阻尼将逐步衰减，母线残压与备用电源的相角差逐步增大。因此切换时必须考虑反馈的母线残压与备用电源电压间的频率差、相角差及电压差引起的电流电压冲击问题，避免造成电源非同期合闸造成设备损坏或寿命缩短等严重后果。传统的电源快速切换判别方法根据快速切换装置实时测量的母线残压与备用电源电压间的频率差和相角差进行判别切换，当频率差小于定值，且相角差小于定值时，立即发合备用电源断路器命令，执行电源快速切换，如图1所示，相角差为31.405°。所以，传统的快切判据只能根据启动时刻测量的频率与相角和备用电源的频率与相角作比较，在启动时刻一定时间内，比如15毫秒内发合备用电源断路器命令，由于断路器合闸过程需要消耗一定的时间，传统的切换方法没有考虑断路器合闸过程(最长能达到上百毫秒)时间内，即合闸动作持续时间内的残压的频率差、相角差的变化，极有可能在备用电源断路器合闸瞬间造成非同期合闸，如图2所示，合闸时刻相角差已远大于相角差定值(一般最大不大于60°，但是，图2中的相角差为88.598°)。非同期合闸将产生较大的冲击电流和电磁转矩，将对电动机产生强大的应力，形成疲劳损耗，缩短有效使用寿命；非同期合闸也将冲击备用电源系统，影响备用电源的稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种防止非同期合闸的电源快速切换方法，用以解决传统的切换方法有可能在备用电源断路器合闸瞬间造成非同期合闸的问题。本专利技术同时提供一种防止非同期合闸的电源快速切换系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种防止非同期合闸的电源快速切换方法，包括以下步骤：(1)检测不同采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息；(2)根据上述频率和相角信息，断路器的动作持续时间，以及不同时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差变化规律，预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差，对应得到频率差预测值和相角差预测值；(3)如果所述频率差预测值小于合闸频率差阈值，且所述相角差预测值小于合闸相角差阈值，则控制所述断路器闭合，进行电源快速切换。所述预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差包括：1)根据检测出的至少三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息，得到各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差；2)根据所述各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差，得到频率差和相角差的变化速度；3)根据所述频率差和相角差的变化速度，得到频率差和相角差的变化加速度；4)根据所述频率差和相角差的变化速度，频率差和相角差的变化加速度以及断路器的动作持续时间，按照频率差与时间的二次曲线规律，预测出所述频率差预测值，按照相角差与时间的二次曲线规律，预测出所述相角差预测值。所述步骤1)中，连续检测三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息。所述三个采样时刻依次为第一采样时刻、第二采样时刻和第三采样时刻，频率差和相角差的变化速度的计算公式为：其中，t0时刻为所述第一采样时刻，t1时刻为所述第二采样时刻，t2时刻为所述第三采样时刻，Vf1为t0时刻和t1时刻之间的时间内频率差的变化速度，Vf2为t1时刻和t2时刻之间的时间内频率差的变化速度，VФ1为t0时刻和t1时刻之间的时间内相角差的变化速度，VФ2为t1时刻和t2时刻之间的时间内相角差的变化速度，Δf0＝fm0-fb0，Δf1＝fm1-fb1，Δf2＝fm2-fb2，ΔΦ0＝Φm0-Φb0，ΔΦ1＝Φm1-Φb1，ΔΦ2＝Φm2-Φb2，fm0为t0时刻母线残压的频率，Фm0为t0时刻母线残压的相角，fb0为t0时刻备用电源的频率，Фb0为t0时刻备用电源的相角，fm1为t1时刻母线残压的频率，Фm1为t1时刻母线残压的相角，fb1为t1时刻备用电源的频率，Фb1为t1时刻备用电源的相角，fm2为t2时刻母线残压的频率，Фm2为t2时刻母线残压的相角，fb2为t2时刻备用电源的频率，Фb2为t2时刻备用电源的相角；所述频率差和相角差的变化加速度的计算公式为：其中，af2为频率差的变化加速度，aФ2为相角差的变化加速度；断路器动作持续时间内变化的频率差和相角差的计算公式为：断路器合闸时刻的频率差和相角差的计算公式为：Δf＝Δf2+ΔftΔΦ＝ΔΦ2+ΔΦt。本专利技术还提供了一种防止非同期合闸的电源快速切换系统，包括以下模块：数据采集模块，用于检测不同采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息；预测模块，用于根据上述频率和相角信息，断路器的动作持续时间，以及不同时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差变化规律，预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差，对应得到频率差预测值和相角差预测值；切换控制模块，用于如果所述频率差预测值小于合闸频率差阈值，且所述相角差预测值小于合闸相角差阈值，则控制所述断路器闭合，进行电源快速切换。所述预测模块包括：用于根据检测出的至少三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息，得到各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差；用于根据所述各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差，得到频率差和相角差的变化速度；用于根据所述频率差和相角差的变化速度，得到频率差和相角差的变化加速度；用于根据所述频率差和相角差的变化速度，频率差和相角差的变化加速度以及断路器的动作持续时间，按照频率差与时间的二次曲线规律，预测出所述频率差预测值，按照相角差与时间的二次曲线规律，预测出所述相角差预测值。连续检测三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息。所述三个采样时刻依次为第一采样时刻、第二采样时刻和第三采样时刻，频率差和相角差的变化速度的计算公式为：其中，t0时刻为所述第一采样时刻，t1时刻为所述第二采样时刻，t2时刻为所述第三采样时刻，Vf1为t0时刻和t1时刻之间的时间内频率差的变化速度，Vf2为t1时刻和t2时刻之间的时间内频率差的变化速度，VФ1为t0时刻和t1时刻之间的时间内相角差的变化速度，VФ2为t1时刻和t2时刻之间的时间内相角差的变化速度，Δf0＝fm0-fb0，Δf1＝fm1-fb1，Δf2＝fm2-fb2，ΔΦ0＝Φm0-Φb0，ΔΦ1＝Φm1-Φb1，ΔΦ2＝Φm2-Φb2，fm0为t0时刻母线残压的频率，Фm0为t0时刻母线残压的相角，fb0为t0时刻备用电源的频率，Фb0为t0时刻备用电源的相角，fm1为t1时刻母线残压的频率，Фm1为t1时刻母线残压的相角，fb1为t1时刻备用电源的频率，Фb1为t1时刻备用电源的相角，fm2为t2时刻母线残压的频率，Фm2为t2时刻母线残压的相角，fb2为t2时刻备用电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止非同期合闸的电源快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)检测不同采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息；(2)根据上述频率和相角信息，断路器的动作持续时间，以及不同时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差变化规律，预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差，对应得到频率差预测值和相角差预测值；(3)如果所述频率差预测值小于合闸频率差阈值，且所述相角差预测值小于合闸相角差阈值，则控制所述断路器闭合，进行电源快速切换。

【技术特征摘要】
1.一种防止非同期合闸的电源快速切换方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)检测不同采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息；(2)根据上述频率和相角信息，断路器的动作持续时间，以及不同时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差变化规律，预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差，对应得到频率差预测值和相角差预测值；(3)如果所述频率差预测值小于合闸频率差阈值，且所述相角差预测值小于合闸相角差阈值，则控制所述断路器闭合，进行电源快速切换。2.根据权利要求1所述的防止非同期合闸的电源快速切换方法，其特征在于，所述预测断路器合闸时刻母线残压与备用电源的频率差和相角差包括：1)根据检测出的至少三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息，得到各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差；2)根据所述各采样时刻母线残压和备用电源的频率差和相角差，得到频率差和相角差的变化速度；3)根据所述频率差和相角差的变化速度，得到频率差和相角差的变化加速度；4)根据所述频率差和相角差的变化速度，频率差和相角差的变化加速度以及断路器的动作持续时间，按照频率差与时间的二次曲线规律，预测出所述频率差预测值，按照相角差与时间的二次曲线规律，预测出所述相角差预测值。3.根据权利要求2所述的防止非同期合闸的电源快速切换方法，其特征在于，所述步骤1)中，连续检测三个采样时刻的母线残压的频率和相角信息，以及对应采样时刻的备用电源的频率和相角信息。4.根据权利要求3所述的防止非同期合闸的电源快速切换方法，其特征在于，所述三个采样时刻依次为第一采样时刻、第二采样时刻和第三采样时刻，频率差和相角差的变化速度的计算公式为：其中，t0时刻为所述第一采样时刻，t1时刻为所述第二采样时刻，t2时刻为所述第三采样时刻，Vf1为t0时刻和t1时刻之间的时间内频率差的变化速度，Vf2为t1时刻和t2时刻之间的时间内频率差的变化速度，VФ1为t0时刻和t1时刻之间的时间内相角差的变化速度，VФ2为t1时刻和t2时刻之间的时间内相角差的变化速度，Δf0＝fm0-fb0，Δf1＝fm1-fb1，Δf2＝fm2-fb2，ΔΦ0＝Φm0-Φb0，ΔΦ1＝Φm1-Φb1，ΔΦ2＝Φm2-Φb2，fm0为t0时刻母线残压的频率，Фm0为t0时刻母线残压的相角，fb0为t0时刻备用电源的频率，Фb0为t0时刻备用电源的相角，fm1为t1时刻母线残压的频率，Фm1为t1时刻母线残压的相角，fb1为t1时刻备用电源的频率，Фb1为t1时刻备用电源的相角，fm2为t2时刻母线残压的频率，Фm2为t2时刻母线残压的相角，fb2为t2时刻备用电源的频率，Фb2为t2时刻备用电源的相角；所述频率差和相角差的变化加速度的计算公式为：其中，af2为频率差的变化加速度，aФ2为相角差的变化加速度；断路器动作持续时间内变化的频率差和相角差的计算公式为：断路器合闸时刻的频率差和相角差的计算公式为：Δf＝Δf2+ΔftΔΦ＝Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈燕华，张振华，崔敏，陈海龙，雷俊，陈旭波，刘志文，徐玉洁，吕灵芝，黄欣，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，国网山西省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41